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《知識》淺談美國NASA, Boeing, SpaceX 載人太空船發展的背景

過去美國國家航空暨太空總署(NASA)曾經擁有5架自製的載人太空梭(Space Shuttle),但由於太空梭過於老舊,維護成本高、安全性低,在2011年最後一架太空梭(奮進號)退役後,就再也沒有自製的太空梭了。

NASA於2014年,分別與波音及SpaceX簽約,研發可載太空人的新型太空船,希望能載送太空人到國際太空站(International Space Station, ISS)。

然而,美國載人重返太空的夢想似乎一波三折。波音太空船CST-100 Starliner於2019年12月升空測試任務受阻,無法按計劃與ISS對接;SpaceX Dragon更於2019年4月在地面測試期間爆炸。

美國歷來5架服役的太空梭,2架都全機盡毀,折損率高達40%,不幸讓14名太空人喪命,成為史上最致命的航空器。
5架服役的太空梭整理如下:

  • 哥倫比亞號 Columbia (1981年首飛,2003年解體)
  • 挑戰者號 Challenger (1983年首飛,1986年爆炸)
  • 發現號 Discovery (1984年首飛,2011年退役)
  • 亞特蘭蒂斯號 Atlantis (1985年首飛,2011年退役)
  • 奮進號Endeavour (1992年首飛,2011年退役)

太空梭1981至2011年服役30年間,總計執行135次任務,載過近600名太空人、和ISS對接33次、發生2次致命意外。在2011年最後一架太空梭(奮進號)退役後,美國就只能租用俄羅斯的太空船運送太空人往返地面和ISS。延伸閱讀:《知識》美國NASA - 波音747「太空梭運輸機」

2011年太空梭退役至今,美國都沒有載人太空船可以取而代之,那為什麼美國當初要放棄太空梭呢?

太空梭是美國阿波羅計畫成功登陸月球之後,研發的一款可重複使用的載人航空器系統。意旨在取代只用一次的傳統火箭,降低發射成本,以達到1年發射50次高頻率,大力探索和開發太空。

美國太空梭失事率高,或許和它的設計有關。

傳統火箭發射系統,將載人太空船搭載於火箭頂部,遠離下方燃料缸和底部引擎。一旦火箭發生故障,太空船亦有機會迅速與火箭分離逃脫,救回太空人性命。

太空梭的設計,是把太空梭本體(Orbiter)直接綁在碩大的外燃料箱(External Tank, ET)上面,若燃料箱發生故障,承受風險相對高。除此之外,位於ET兩側的2枚固體助推火箭(Solid Rocket Booster, SRB),因為使用固體燃料,一旦點燃就無法熄火,出故障時難以扭轉局面,相當危險。1986年挑戰者號太空船升空後爆炸,就是因為其中一枚SRB密封結構失效所致。(註:固體燃料常用於導彈而非載人航空器,太空梭之所以使用SRB,有人說是為了讓導彈製造商參與項目的政治決定)

太空梭系統雖然做到太空梭本體(Orbiter)、固體助推火箭能夠重用,但太空梭發射成本,其實要遠遠高於只用一次的傳統火箭。太空梭本體每次載運太空人返回地球後,由於承受了重返大氣層的高溫高壓,引擎都要拆出來大修,再重新安裝回去。

太空梭成本高、不安全的因素,美國決定放棄這套系統。2011年至今,都是租用俄羅斯的太空船來使用。


美國重返自製太空船,找民間公司一起合作 
NASA於2014年,分別與波音及SpaceX簽約,研發可載太空人的新型太空船,希望能載送太空人到國際太空站。

根據NASA的計劃,波音和SpaceX公司將獲得研發資金補助,完成可搭載七人的太空船的研製工作。這些研發資金將分階段付給,波音和SpaceX都必須滿足研發的具體技術標凖才能獲得資金。

目前波音研發的太空船名稱為CST-100 Starliner;SpaceX研發的太空船名稱為SpaceX Dragon。兩者目標都是將太空人送到ISS,結束依賴俄羅斯太空船的狀況。


 美國Boeing研發的CST-100 Starliner太空船


美國SpaceX研發的Dragon太空船


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圖片來源:
https://static01-proxy.hket.com/res/v3/image/content/2525000/2527315/shuttle_1024.gif

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CST-100_mock-up_scene.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SpaceX_Dragon.jpg


參考資料:
SPACEX和波音終於要載太空人2018年前進ISS
美國為何放棄穿梭機 新太空船波音Starliner再遇阻滯